Abstrak —Pasir  Silika  (SiO 2 ) dari  Pantai  Bancar  Tuban  telah berhasil dimurnikan melalui proses leaching dan dapat direduksi ukurannya hingga orde nano. Serbuk SiO 2 dengan fasa kristobalit telah  dikalsinasi  dengan  temperatur  1200ºC.  Bahan  silika  dan polydimethylsiloxane (PDMS)  dikombinasikan  menjadi  bahan komposit  pelapis  yang  bersifat hydrophobic .  Komposit  tersebut dilapiskan  pada  permukaan  kaca  ITO  dan  diperlakukan  panas bervariasi,  yaitu  100ºC,  200ºC,  300ºC,  400ºC,  dan  500ºC. Berdasarkan  pengukuran  sudut  kontak  antara  air  dan permukaan  uji  yang  menggunakan  kamera  DSLR Cannon 650D dengan reverse  ring sebagai  pembalik  lensa  58  mm,  pada temperatur  100-400ºC  terjadi  kenaikan  besar  sudut  kontak dimana  pada  saat  suhu  400ºC  memiliki  sudut  kontak  paling tinggi,  yaitu  126,4º  yang  mengindikasikan  permukaan  bersifat hydrophobic ,  tetapi  pada  temperatur  500ºC  menjadi hydrophilic dengan sudut kontak terendah 72,4º. Untuk tingkat transmitansinya,  kenaikan  temperatur  100-300ºC  cenderung 100%,  tetapi  400ºC  memiliki  nilai  transmitansi  paling  rendah 20%.
Kata Kunci — hydrophobic, polydimethylsiloxane (PDMS), silika kristobalit, sudut kontak.

## I. PENDAHULUAN
UATU permukaan  dikatakan  bersifat hydrophobic (anti  air)  jika  permukaan  tersebut  tidak  dan permukaan  selalu  terlihat  bersih .  Butiran  air  yang menggelinding  ke  permukaan  mampu  mengangkat  partikel kotor  yang  menempel,  oleh  karena  itu  ia  mampu membersihkan  dirinya  sendiri.  Permukaan hydrophobic mampu diamati melalui sudut kontak antara air dan permukaan uji  yang  terbentuk.  Semakin  besar  sudut  kontaknya mengindikasikan permukaan tersebut sulit terbasahi. Permukaan  yang  bersifat hydrophobic memiliki  sudut  kontak antara  90°-150°.  Untuk  permukaan  yang  memiliki  sudut kontak >150° disebut dengan istilah superhydrophobic . Untuk permukan  yang  memilik  sudut  kontak  antara  10°-90°  disebut dengan hydrophilic ,  sedangkan  untuk  yang  memiliki  sudut kontak <10° disebut dengan istilah superhydrophilic [2].
Terdapat  tiga  rmodel  yang  mampu  menjelaskan analisa  kebasahan  suatu  material,  yaitu  Model  Young,  Model Wenzel,  dan  Model  Cassie-Baxter.  Tingkat  kebasahan  pada suatu  material  sangatlah  kompleks  karena  dipengaruhi  oleh faktor  kekasaran  dan  sifat  kimianya,  sehingga  sudut  kontak tidak  bisa  diasumsikan  dengan  model  Young  yang
mengasumsikan  air  menetes  pada  permukaan  yang  halus  dan datar secara sempurna, seperti gambar 1.
Gambar 1. Ilustrasi model Young
.............................  1 Young mengilustrasikan sudut kontak pada permukaan  datar  dimana  ɣ SA dan  ɣ SL adalah  tegangan permukaan solid-air dan solid-liquid ,  serta  ɣ LA adalah tegangan permukaan liquid-air .
Model  Wenzel  menjelaskan  mengenai  kebasahan yang  homogen  dimana  air  akan  memenuhi  setiap  lekukan permukaan kasar dan terjadi kontak antara air dan permukaan solid.  Besar  area  kontak  akan  semakin  berkurang  seiring dengan bertambah kasarnya permukaan dan sudut kontak akan bertambah.  Namun,  hal  ini  bergantung  pada  sifat  asli permukaan  itu  sendiri.  Pada  permukaan hydrophobic , kekasaran permukaan akan mengakibatkan bertambah besarnya  sudut  kontak,  sehingga  permukaan  akan  semakin menolak  air.  Sedangkan  pada  permukaan hydrophilic , penambahan kekasaran hanya akan menyebabkan sudut kontak semakin  menurun  dan  permukaan  semakin  mudah  menyerap air [3].
Gambar 2. Ilustrasi model Wenzel
.................................  2 Salah satu ciri khas dari model Wenzel adalah asumsi hydrophobic yang  disebabkan  adanya  kekasaran,  sehingga persamaan  untuk  sudut  kontak  pada  permukaan  kasar  model Wenzel, didapati faktor r “rasio kekasaran”. Pada permodelan Cassie-Baxter sering disebut dengan model kantung udara dan memiliki  tingkat  kebasahan  yang  heterogen.  Keadaan  ini menjelaskan  adanya  udara  yang  terjebak  pada  saat  air
Pengaruh Temperatur Perlakuan Panas Pada Lapisan Hydrophobic Komposit PDMS/SiO 2 dengan Fasa Silika Kristobalit
Adhita Ferbi Irawati dan M. Zainuri
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : Zainuri@physics.its.ac.id
S
diteteskan  ke  permukaan.  Diasumsikan  terdapat  dua  fase dalam aspek kebasahan Cassie-Baxter, yaitu fase solid (fase1) dimana  terjadi  interaksi  antara solid dengan liquid dan  fase udara (fase2) dimana terjadi interaksi antara udara dan liquid .
Gambar 3. Ilustrasi model Cassie-Baxter
..................... 3 Jika f1 sangat kecil, maka semakin banyak udara yang terjebak didalamnya dan Cos θc dapat mendekati -1 sehingga sudut kontak θc yang terbentuk adalah 180° [1]. Penelitian ini mengarah  pada  pembentukan  lapisan hydrophobic dengan menggunakan  prekursor  SiO 2 sebagai  filler  dalam  komposit matrix polimer.  Sehingga  dapat  diamati  bagaimana  pengaruh temperatur  perlakuan  panas  terhadap  aspek  kebasahan  pada lapisan hydrophobic.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Tahap Pemurnian Silika
Pasir alam yang didapatkan dari Pantai Bancar, Tuban, Jawa Timur,  dihomogenkan  dengan  ayakan  145 mesh ,  selanjutnya dibersihkan dengan ultrasonic cleaner sampai pH mendekati 7 dan  dikeringkan.  Proses  pemisahan  bahan  mineral  besi dilakukan  dengan  menggunakan  magnet  permanen.  Langkah selanjutnya  adalah  mereduksi  ukuran  pasir  silka  yang  telah diseleksi  dengan  menggunakkan ball  milling dalam  media alkohol.  Untuk  membentuk  silika  orde  nano  dengan  cara menambahkan  HCl  dan  didiamkan  selama  4  jam.  Lalu dilakukan  proses  kopresipitasi  dengan  cara  menitrasi  larutan menggunakan  HCl  2M.  Setelah  itu,  dicuci  menggunakan aquadest  agar  NaCl  dapat  terbuang.  Lalu  disaring  dan didapatkan  gel  silika,  kemudian  dikeringkan  dan  ditumbuk dengan  mortar  sampai  halus.  Serbuk  yang  diperoleh  tersebut kemudian  dikalsinasi  untuk  mendapatkan  silika  dalam  fasa kristobalit.

## B. Tahap Pembentukan Lapisan Hydrophobic
Langkah pertama yang dilakukan sebelum membuat lapisan adalah  melakukan  preparasi  kaca  sebanyak  5  buah  yang kemudian dibersihkan dengan ultrasonic cleaner menggunakan  alkohol,  lalu  dikeringkan  pada  suhu  ruang. Untuk  pembentukan  lapisan hydrophobic ,  0,5  gr  PDMS,  0,1 TEOS, dan 10 gr n-hexane dicampur dan diaduk menggunakan stirrer selama 15 menit. Kemudian ditambahkan 0,2 gr serbuk silika menggunakan ultrasonic cleaner selama 10 menit. Lalu, bahan  pelapis  yang  sudah  jadi  tersebut  disemprotkan  ke  kaca
menggunakan spray  gun .  Pengeringan  dilakukan  pada  suhu 60°C  di  dalam  oven  dan  divariasikan  perlakuan panas selama 1  jam  dengan  temperatur  100°C,  200°C,  300°C,  400°C,  dan 500°C.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## A. Analisis Purifikasi Silika
Elemen bahan pasir silika dari pantai Bancar akan dianalisa dari segi kualitatif dan kuantitatif selama proses purifikasi atau pemurnian. X-Ray  Fluorescene (XRF)  merupakan  salah  satu instrumen  yang  digunakan  untuk  menganalisis  komposisi kimia  beserta  konsentrasi  unsur-unsur  yang  terkandung  dalam suatu  sampel.  Hasil  pengujian  kandungan  unsur  pasir  Pantai Bancar  Tuban  sebelum  purifikasi  menunjukkan  adanya kandungan utama Silicon (Si) dan unsur pengotor yang terdiri dari bermacam-macam elemen seperti Kalium, Besi, Titanium, dan Kalsium, serta pengotor lain dengan konsentrasi di bawah 1%.  Tahapan  awal  pemurnian  menggunakan  separasi  magnet yang  berguna  untuk  memisahkkan  elemen  magnetik  dengan non  magnetik.  Metode  kimiawi  ( leaching )  dilakukan  untuk melanjutkan  proses  ini  dengan  cara  melarutkan  pasir  yang sudah disparasi ke dalam asam klorida (HCl) untuk melarutkan logam-logam  yang  mudah  mengalami  oksidasi.  Setelah  itu dilanjutkkan  pencucian  dengan aquadest sampai  bening  dan pH  kembali  netral.  Proses-proses  ini  menyebabkan  beberapa unsur pengotor menghilang dan terdapat unsur-unsur pengotor yang  masih  tertinggal  dengan  konsentrasi  rendah,  sehingga dapat  dikatakan  bahwa  hasil  pemurnian  silika  menyebabkan fraksi Si meningkat menjadi 96,7% dan berwarna putih susu.

## B. Analisis Fasa Silika
Setelah  serbuk  dikalsinasi dengan suhu 1200°C selama dua jam,  dilakukan  analisis  pola  difraksi  yang  didapat  dari  hasil pengujian X-Ray  Diffraction (XRD).  Pengujian  dilakukan dengan  sudut  2θ  antara  15°-65°  menggunakan  sinar-x  (target Cu,  dari  K-α).  Berdasarkan  hasil  uji  XRD  yang  telah dilakukan,  pola  difraksi  dianalisis  menggunakan Match! software dan  didapatkan  data  kualitatif  berupa  fasa low cristobalite .  Pencocokan  dilakukan  menggunakan  pola  yang berasal  dari Crystallography  Open  Database (COD)  dengan kode  1010938.  Selanjutnya,  dilakukan  identifikasi  kuantitatif komposisi  fasa  dengan    menggunakan Rietica .  Berdasarkan hasil Rietveld  Refiment ,    presentase  berat  fasa  kristobalit sebesar  100%  dengan  parameter  kecocokan Goodness-of-fit (GoF)  dari  Rietica  sebesar  2,99%.  Artinya  puncak-puncak difraksi  sinar-x  sampel  memiliki  kecocokan  yang  tinggi dengan referensi pola difraksi sinar x. Hal ini dapat dijelaskan melalui  bidang  hkl  yang  muncul  dimana  bidang-bidang  itu merupakan bidang-bidang kristal kristobalit.
Gambar 4. Hasil pola XRD Silika Kristobalit

## C. Analisis Gugus Fungsi Komposit PDMS/SiO
2
Spektroskopi FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi  yang  terbentuk  pada  komposit  PDMS/SiO 2 dengan menggunakan  referensi  sebagai  acuan  nilai  bilangan gelombang dan jenis ikatannya.
Gambar 5. Hasil Pengujian FTIR Ikatan komposit PDMS/SiO 2
Penggabungan  2  material,  yaitu  PDMS  sebagai matrix dan partikel  SiO 2 sebagai filler menjadi  sebuah  komposit  pelapis tahan  air  berhasil  dibuktikan  dengan  tidak  adanya  ikatan- ikatan baru yang muncul. Ini mengindikasikan bahwa tidak ada perubahan  struktur  kimia  secara  mikroskopis  pada  saat penggabungan.  Pada  material  komposit  hanya  terjadi  ikatan elektrostatik  sehingga  tidak  membentuk  ikatan  kimia  atau adanya ikatan valensi yang membentuk senyawa baru.

## D. Analisis Mikrostruktur Komposit PDMS/SiO 2
Berdasarkan  citra  SEM  permukaan  kaca  yang  telah  dilapisi komposit  PDMS/SiO 2 dengan  perbesaran  300  kali.  Dapat dilihat  distribusi filler SiO 2 terhadap  PDMS  kurang  terlihat homogen. Hal ini diakibatkan oleh pelapisan dilakukan dalam dua  kali spray sehingga  partikel  SiO 2 yang  tersebar  tidak banyak.  Keadaan  ini  mempengaruhi  tingkat  hidrofobisitas permukaan dimana kekasaran yang tinggi akan membuat sudut kontak  semakin  besar.  Sebaliknya,  tingkat  kekasaran  yang rendah  akan  menyebabkan  sudut  kontak  yang  terbentuk semakin kecil (Feng Lin dkk, 2002).
Gambar 6. Morfologi permukaan substrat yang telah dilapisi komposit PDMS/SiO 2

## E. Analisis Transmitansi Lapisan Hydrophobic
Hasil  pengujian  UV-Vis  menunjukkan  tingkat  transmitansi pada  substrat  kaca  yang  telah  dilapisi  komposit  PDMS/SiO 2 . Saat  temperatur  100°C,  nilai  transmitansinya  sebesar  100%. Artinya  seluruh  cahaya  diteruskan.  Hal    tersebut  juga  terjadi pada  sampel  yang diberi perlakuan panas dengan suhu 200°C dan  300°C,  sedangkan  pada  suhu  400°C  transmitansi mengalami  kenaikan  dari  0%  menjadi  20%  pada  rentang panjang  gelombang  300-400  nm  sebesar  20%  dan  terus mengalami kestabilan seiring bertambahnya panjang gelombang. Begitu juga dengan sampel yang dipanaskan pada suhu  500°C,  pada  rentang  panjang  gelombang  300-400  nm terjadi kenaikan dari 0% menjadi 60% dan menuju stabil pada panjang gelombang selanjutnya.
Gambar 7. Hasil transmitansi lapisan hydrophobic setelah perlakuan panas

## F. Analisis Sudut Kontak Antara Air dan Permukaan Bahan Uji
Secara  kimiawi  kebasahan  dapat  terjadi  karena  molekul- molekul  penyusun  permukaan  cenderung  bersifat  polar. Sehingga akan terjadi tarik-menarik antara molekul permukaan dan  molekul-molekul  H 2 O  yang  juga  bersifat  polar.  Pelapisan komposit  hydrophobic  mampu  memodifikasi  permukaan, membuat substrat cenderung bersifat nonpolar.
Gambar  8.  Sudut  kontak  lapisan hydrophobic PDMS/SiO2 dengan silika kristobalit
Setelah  didapatkan  nilai  sudut  kontak  dari  air  yang diteteskan  di  atas  lapisan  komposit  PDMS/SiO 2 ,  maka dilakukan  pengamatan  sudut  kontak  pada  lapisan  yang  diberi perlakuan panas dan dapat terlihat pada gambar 9. Pemberian variasi  suhu  100°C,  200°C,  300°C,  400°C,  dan  500°C
menggunakan holding time masing-masing satu jam memperlihatkan  adanya  perubahan  besar  sudut  kontak.  Pada suhu  100°C  sudut  kontak  yang  terbentuk  adalah  100,2°  tidak terlihat  perubahan  yang  signifikan  dari  sudut  kontak  lapisan yang  tidak  diberi  perlakuan  panas,  yaitu  100,1°.  Pada  suhu 100°C  dan  200°C  perubahan sudut kontak tidak terlalu besar, hanya  sebesar  0,7°.  Ini  menunjukkan  adanya  ketahanan permukaan  yang  telah  dilapisi  terhadap  suhu  kisaran  tersebut. Saat lapisan dipanaskan menggunakan suhu 300°C, perubahan sudut kontak mencapai 12,7°, yaitu sebesar 114,6°. Sedangkan sampel  yang  diberi  perlakuan  panas  pada  suhu  400°C mencapai  sudut  kontak  yang  tinggi,  yaitu  126,4°.  Hal  ini terjadi karena adanya tingkat kekasaran yang tinggi.
Gambar 9. Sudut kontak yang terbentuk setelah lapisan diberi perlakuan panas
Gambar  10.  Ilustrasi  hirarki  strukttur  partikel  SiO 2 sebelum pemanasan  (atas),  setelah  diberi  pemanasan  suhu 300°C  (tengah),  dan  setelah  diberi  pemanasan suhu 400°C (bawah)
Terdapat  banyak  tonjolan  yang  membuat  setiap  partikel memiliki kekasaran tinggi. Tonjolan-tonjolan tersebut merupakan partikel SiO 2 dengan orde nano yang beraglomerasi.  Struktur  hirarki  yang  terbentuk  dalam  lapisan komposit PDMS/SiO 2 ini berpengaruh pada tingkat hidrofobisitas.  Karena  pada  saat  air  diteteskan  ke  permukaan uji,  udara  terjebak  di  tengah-tengah  kekasaran  tersebut. Sehingga  sesuai  dengan  model  Cassie-Baxter,  semakin  kecil luas  permukaan  partikel  yang  berinteraksi  dengan  air menyebabkan sudut kontak yang terbentuk semakin besar. Hal inilah  yang  menyebabkan  permukaan  menjadi hydrophobic atau tahan air. Partikel primer diawali dengan adanya interaksi elektrostatik  antar  molekul  SiO 2 dan  terbentuk  dalam  orde
nano.  Ketika  suhu  tinggi, partikel-partikel  tersebut  cederung beraglomerasi  menjadi  partikel  sekunder.  Partikel-partikel tersebut kemudian meng- cluster menjadi orde yang lebih besar dalam  ukuran  mikro.  Tetapi,  partikel-partikel  nano  tetap terbentuk  pada  pemukaan cluster ,  membentuk    sebuah struktural yang hirarki.
Gambar  11.  Perbesaran  citra  SEM  hirarki  struktur  lapisan komposit PDMS/SiO 2 dengan temperatur 400°C
Pada  partikel  primer,  beberapa  diantaranya  ada  yang berukuran  50  nm.  Kemudian  beraglomerasi  membentuk partikel sekunder berukuran 250 nm. Di lain sisi juga terdapat partikel sekunder berukuran 250 nm yang terdiri dari partikel- partikel  nano.  Partikel  sekunder  tersebut  kemudian  meng- cluster membentuk  partikel  yang  lebih  besar  dengan  ukuran 0,75  µm.  Selain  berperan  sebagai matrix ,  PDMS  memiliki kandungan  Si  yang  cukup  tinggi,  sehingga  mampu menghasilkan SiO 2 nano partikel melalui dekomposisi.
Terjadi  penurunan  signifikan  pada  suhu  500°C,  sudut kontak  yang  didapatkan  di  bawah  90°,  yaitu  76,4°  yang mengindikasikan  permukaan  menjadi hydrophilic .  Hal  ini terjadi karena adanya kerusakan pada ikatan matrix komposit. Berdasarkan  hasil pengujian FTIR
Gambar  12.  Hasil  Uji  FTIR  lapisan  variasi  suhu  400C°  dan 500°C

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan:
1. Telah berhasil dilakukan sintesis SiO 2 dengan bahan alam berdasarkan  penelitian  sebelumnya  dan  didapatkan kemurnian  silika  Pantai  Bancar  Tuban  sebesar  96,9% dengan fasa  kristobalit.
2. Telah berhasil dilakukan pelapisan material hydrophobic dengan  menggunakan spray  gun dan  didapatkan  sudut kontak sebesar 100,1º.
3. Pada material komposit hydrophobic PDMS/SiO 2 setelah mengalami pemanasan antara 100-500ºC dapat disimpulkan:
- Sudut  kontak  mengalami  kenaikan  pada  saat temperatur 100-400ºC, kemudian mengalami penurunan pada saat temperatur 500 ºC.
- Sudut  kontak  tertinggi  didapatkan  pada  suhu  400ºC sebesar  126,4º  ( hydrophobic )  dan  terendah  pada  saat suhu 500ºC sebesar 72,4º ( hydrophilic ).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Bapak  Dr.  M. Zainuri, M.Si selaku dosen pembimbing dan semua pihak yang terlibat dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Cassie,  A.B.D.  and  S.Baxter.  1944. Wettability  of  Porous  Surfaces. Trans. Faraday Soc., 40:p. 546-551
[2] Karthick  B  dan  Ramesh  Maheshwari.  2008. Lotus-Inspired Nanotechnology Applications . Resonance, General ArticleI.
[3] Latthe,  Sanjay  Subbash.  2012. Recent  Progress  in  Preparation  of Superhydrophobic  Surfaces.  Jsemat,  Journal  of  Surface  Enginered Materials and Advanced Technology 2 . Pg. 76-94